МЕТАЛЛОИСКАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК G01V3/10 G01V3/11 

Изобретение относится к области обнаружения токопроводящих и ферромагнитных предметов с помощью индукционных катушек, создающих переменное магнитное поле.

Известен металлоискатель, содержащий перестраиваемый и опорный генераторы, последовательно соединенные коммутатор, первый счетчик импульсов и первый запоминающий блок, элемент коррекции, цифроаналоговый преобразователь, индикатор, второй запоминающий блок, выход которого соединен с управляющим входом элемента коррекции, и второй счетчик импульсов, вход которого подключен к выходу опорного генератора, а выход соединен с управляющими входами первого запоминающего блока и коммутатора, вход которого подключен к перестраиваемому генератору. Для повышения производительности измерений за счет автоматизации процесса коррекции показаний индикатора металлоискатель снабжен дешифратором и третьим счетчиком импульсов.

Известны также и другие металлоискатели, содержащие опорный и перестраиваемый генераторы, схемы сравнения частоты, стрелочные и звуковые индикаторы - головные телефоны.

Общая структурная схема указанных аналогов приведена ниже. Повышение чувствительности в них достигается за счет сравнения опорной частоты с высшими гармониками частоты автогенератора.

Недостатками известных металлоискателей являются: ограничение чувствительности, обусловленное восприятием сигналов на слух; неудобство для аквалангистов при работе под водой; нежелательное привлечение внимания людей звуком; неудобство при работе с наушниками из-за множества проводов.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является металлоискатель (авт.св. N 1327033, 1987 - прототип).

Металлоискатель содержит опорный и перестраиваемый генераторы, схему управления и индикатор. Для повышения производительности и упрощения в металлоискатель введены последовательно соединенные коммутатор, первый счетчик импульсов, первое запоминающее устройство, схема коррекции и цифроаналоговый преобразователь, второй счетчик импульсов, и второе запоминающее устройство. Выход цифроаналогового преобразователя соединен со стрелочным индикатором.

При появлении в зоне действия металлоискателя токопроводящего предмета происходит изменение частоты перестраиваемого генератора, что в результате многократных преобразований, запоминаний и коррекции приводит к появлению соответствующей цифровой информации, поступающей в цифроаналоговый преобразователь, и далее - к отклонению стрелки индикатора.

Недостатком данного известного технического решения является сложность преобразований, необходимость периодической кнопочной коррекции, а также инерционность стрелочного индикатора.

Задачей изобретения является упрощение схемы обработки информации, обеспечение эффективной безинерционной индикации, не ограниченной пределами шкалы прибора, удобство регулировки чувствительности в широких пределах, возможность работы в темноте под водой.

Указанная задача достигается тем, что в металлоискателе, содержащем опорный и перестраиваемый генераторы, смеситель и устройство индикации, последнее выполнено в виде цепочки из n светодиодов, расположенных в форме кольца или линии, создающих эффект "бегущего огонька", и дополнительно содержит счетчик-дешифратор с n выходами, к которым присоединены светодиоды, элемент задержки, делитель на n, триггер и элемент запрета света, при этом выход перестраиваемого генератора дополнительно соединен с счетными входами C счетчика-дешифратора и делителя на n, выход смесителя соединен со входом элемента задержки и входом установки S триггера, выход элемента задержки соединен со входом сброса R делителя на n, выход которого соединен со входом сброса R триггера, прямой выход Q которого соединен со входом сброса R счетчика-дешифратора и со входом элемента запрета света, выход которого соединен с общим проводом светодиодов, а инверсный выход триггера соединен со входом запрета счета EC счетчика-дешифратора.

В целом за счет совокупности отличительных признаков достигается создание металлоискателя, позволяющего упростить схему обработки информации, обеспечить эффективную безынерционную индикацию, не ограниченную пределами шкалы прибора, удобную регулировку чувствительности в широких пределах, удобство работы в темноте под водой. При этом величина перемещения "бегущего огонька" (угол, количество оборотов и т.д.) пропорциональна изменению частоты автогенератора и позволяет наглядно судить о расстоянии до предмета поиска, а также о его размерах, а направление перемещения ввиду противоположной частотной реакции на цветные (вихретоковая) и черные (магнитная) металлы позволяет различать черные и цветные металлы.

Сочетание звуковой индикации с предлагаемой световой позволяет более оперативно и быстро производить поиск токопроводящих и ферромагнитных предметов.

Более подробно предлагаемое техническое решение рассматривается на блок-схеме фиг. 1 и принципиальной электрической схеме фиг. 2.

Блок-схема металлоискателя, изображенная на фиг. 1, состоит из следующих элементов: 1 - перестраиваемый автогенератор с поисковой катушкой, 2 - генератор опорной частоты, 3 - смеситель, 4 - элемент задержки, 5 - делитель на n, 6 - триггер, 7 - счетчик-дешифратор на n выходов, 8 - элемент запрета света (выключение светодиодов).

Металлоискатель работает следующим образом (см. блок-схему на фиг. 1).

При отсутствии металлического предмета поиска в магнитном поле катушки перестраиваемого автогенератора 1 частота последнего постоянна, и на выходе смесителя 3 присутствует постоянное значение разности частот (или их гармоник). В промежутке между импульсами разностной частоты триггер 6 под действием более частых импульсов с выхода делителя 5 находится в состоянии сброса R, счетчик-дешифратор 7 - в состоянии запрета счета EC, элемент запрета света 8 открыт, при этом включен какой-либо один из светодиодов. При поступлении с выхода смесителя 3 очередного импульса разностной частоты триггер 6 перебрасывается в состояние установки S, при этом по цепи сброса R, счетчика-дешифратора 7 происходит его сброс на "0", по цепи EC - включение разрешения счета, а элемент 8 отключает светодиоды. Одновременно запускается элемент задержки 4 с постоянным временем задержки, превышающим период следования выходных импульсов делителя 5, то есть превышающим максимальное время переключения диодов счетчика-дешифратора 7, после чего элемент задержи 4 выдает импульс сброса на "0" делителя 5, осуществляя таким образом временную привязку начала отсчета к началу каждого периода разностной частоты. Пока разностная частота постоянна, каждый ее импульс по времени совпадает с каким-либо одним и тем же импульсом в последовательности из n импульсов счета счетчика-дешифратора, который производит от момента сброса на "0" до прихода импульса запрета счета одно и то же количество переключений выходов, что каждый раз приводит к включению одного и того же светодиода, то есть при этом "огонек" в цепи неподвижен. При приближении катушки автогенератора 1 к металлическому предмету его частота и, следовательно, период следования импульсов разностной частоты изменяются, что приводит к сдвигу во времени момента их попадания в интервал из n импульсов счета, в результате чего количество переключений счетчика 7 от сброса до остановки изменяется, и соответственно поочередно включаются соседние светодиоды, создавая эффект "бегущего огонька".

Принципиальная электрическая схема металлоискателя показана на фиг. 2. В ней перестраиваемый автогенератор реализован на микросхеме DD1, конденсаторах C1 и C2 и резисторах R1 и R2. В качестве индуктивности контура служит поисковая катушка L1. Опорный генератор выполнен на микросхеме DD2, кварцевом резонаторе ZQ1 и резисторе R3. Смеситель выполнен на D-триггере DD4.1, элемент задержки - на транзисторе VT1 и элементах DD3.2, R5, R6, R12, C4 и C7; делитель на n - на микросхеме DD5, триггер управления - на микросхеме DD4.2, DD6 - счетчик-дешифратор. На транзисторе VT2 и резисторах R7 и R8 выполнен элемент запрета света, на элементах DD3.1, C3, R4 - формирователь коротких импульсов сброса для микросхем DD4 и DD6. К выходам счетчика-дешифратора DD6 подключена цепочка индикаторных светодиодов VD1 ... VD10. Кроме того, сохранена звуковая индикация в виде пьезоэлектрического звукового преобразователя, подключенного к выходам смесителя через буферные элементы DD3.3 и DD3.4.

Предлагаемое техническое решение полностью решает задачу, стоящую перед изобретением.

На настоящее время техническое решение, характеризующееся совокупностью заявляемых отличительных признаков, не известно в Российской Федерации и за границей и отвечает требованиям критерия "новизна".

Предлагаемое техническое решение является оригинальным, существенно упрощая и улучшая известные технические решения, оптимизирует конструкцию, не вытекает очевидным образом из существующего уровня техники и отвечает требованиям критерия "изобретательский уровень".

В настоящее время изготовлено и испытано несколько макетов и готовится запуск изделий в производство.

Предлагаемое устройство - металлоискатель - может быть реализовано промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий, материалов и комплектующих и отвечает требованиям критерия "промышленная применимость".

Использование: в области обнаружения токопроводящих и ферромагнитных предметов с помощью индукционных катушек, создающих переменное магнитное поле, для упрощения схемы обработки информации и обеспечения эффективной безынерционной индикации, не ограниченной пределами шкалы прибора, удобства регулировки чувствительности в широких пределах и возможности работы в темноте под водой. Сущность изобретения: металлоискатель содержит опорный и перестраиваемый генераторы, смеситель и устройство индикации, последнее выполнено в виде цепочки из n светодиодов, расположенных в форме кольца или линии, создающих эффект "бегущего огонька", и дополнительно содержит счетчик-дешифратор с n выходами, к которым присоединены светодиоды, элемент задержки, делитель на n, триггер и элемент запрета света, при этом выход перестраиваемого генератора дополнительно соединен со счетными входами C счетчика-дешифратора и делителя на n, выход смесителя соединен с входом элемента задержки и входом установки S триггера, выход элемента задержки соединен с входом сброса R делителя на n, выход которого соединен с входом сброса R триггера, прямой выход Q которого соединен с входом сброса R счетчика-дешифратора и с входом элемента запрета света, выход которого соединен с общим проводом светодиодов, а инверсный выход триггера соединен с входом запрета счета ЕС счетчика-дешифратора. 2 ил.

Металлоискатель, содержащий опорный и перестраиваемый генераторы, смеситель и устройство индикации, отличающийся тем, что устройство индикации выполнено в виде цепочки из n светодиодов, расположенных в форме кольца или линии, создающих эффект "бегущего огонька", и дополнительно содержит счетчик-дешифратор с n выходами, к которым присоединены светодиоды, элемент задержки, делитель на n, триггер и элемент запрета света, при этом выход перестраиваемого генератора дополнительно соединен со счетными входами с счетчика-дешифратора и делителя на n, выход смесителя соединен с входом элемента задержки и входом установки S триггера, выход элемента задержки соединен с входом сброса R делителя на n, выход которого соединен с входом сброса R триггера, прямой выход Q которого соединен с входом сброса R счетчика-дешифратора и с входом элемента запрета света, выход которого соединен с общим проводом светодиодов, а инверсный выход триггера соединен с входом запрета счета ЕС счетчика-дешифратора.